وأفضل تمثيل لذلك يكون بدحرجة كرة صعودا عبر الجزء الخارجي من جبل تعلوه فوهة بركان. إذا كانت الكرة تتحرك بسرعة كافية، فستصل إلى قمة الحافة وستتدحرج وينتهي بها الحال داخل الفوهة. أما إن كانت تتحرك أبطأ مما ينبغي، فستقطع جزءا من المسافة صعودا إلى المنحدر ثم تنحدر إلى أسفل عائدة عبر الجزء الخارجي من الجبل. لكن النفق الكمومي يعني أن الكرة إن قطعت شوطا كافيا على الجزء الخارجي من الجبل صعودا، يمكن أن تظهر فجأة على الجانب الآخر من الحافة وتنحدر إلى داخل الفوهة. واختيار مصطلح «العبور النفقي» ليس موفقا؛ ذلك أن الجسيم لا يتحرك فعليا عبر الحاجز؛ بل ينتقل في الحال من أحد جانبي الحاجز إلى الجانب الآخر. وهكذا يمكن للضوء أن يسافر بأسرع من الضوء. «تبرز مسألة السفر عبر الزمن في الواجهة بين اثنتين من أكثر نظرياتنا الفيزيائية نجاحا وإن كانتا غير متوافقتين؛ وهما نظرية أينشتاين عن النسبية العامة، ونظرية ميكانيكا الكم. تصف نظرية أينشتاين العالم في إطار المجرات والنجوم الواسع جدا، في حين تعد نظرية ميكانيكا الكم وصفا ممتازا للعالم على مستوى الذرات والجزيئات المحدود للغاية.»

مارتن رينجباور، جامعة إنسبروك

تجربة المناشير الزجاجية لنيوتن

ألامي

ثمة شيء إضافي علينا أن نستوعبه من فيزياء الكم أولا. على المستوى الكمومي، لا يصح فعليا الحديث عن «الجسيمات» و«الموجات» باعتبارهما شيئين منفصلين. فكل جسيم كمومي يمكن معاملته باعتباره موجة أيضا، وكل موجة كمومية يمكن أن تعامل معاملة الجسيم. إنما هي مسميات وتصنيفات نستخدمها لإخفاء جهلنا بما يحدث فعلا، لكن بيت القصيد أن الحسابات الخاصة بأشياء كالأنفاق الكمومية تقدم الإجابات نفسها، بغض النظر عن الصورة الذهنية التي تفضلها.

3

وهذا أمر مهم؛ لأن الضوء (وأعني به أي نوع من الإشعاع الكهرومغناطيسي) ليس مجرد موجة فحسب، بل يمكن اعتباره دفقا من جسيمات، تسمى الفوتونات. وهذا من شأنه أن يسهل علينا أن نفهم كيف يمكن للضوء أن يشق نفقا عبر أحد الحواجز. وسألتزم بالسيناريو الأبسط، وإن كان بإمكاننا فهم هذه الظاهرة في إطار الموجات أيضا.

كان ثمة فريقان مختلفان يدرسان ظاهرة العبور النفقي الكمومي للفوتونات في تسعينيات القرن العشرين، حين أتى كل فريق منهما على اكتشاف مدهش. هناك عدة طرائق مختلفة لصنع حواجز تمر عبرها الفوتونات في أنفاق، لكن الطريقة المفضلة لدي تنطوي على اكتشاف لإسحاق نيوتن في القرن السابع عشر الميلادي، واستخدمها علماء الفيزياء لاحقا بعد مضي ثلاثة قرون من اكتشافها. أثار اهتمام نيوتن الطريقة التي يمكن بها تحليل شعاع ضوء من خلال منشور زجاجي مثلثي الشكل لإنتاج طيف ضوئي من ألوان قوس قزح، وفي إحدى تجاربه البالغة الأهمية، أوضح أن بالإمكان استخدام منشور آخر لإعادة تجميع طيف قوس قزح في شعاع واحد من الضوء الأبيض. وكان هذا دليلا على أن الضوء الأبيض هو مزيج من جميع ألوان قوس قزح، وأن الألوان لم تضف إلى الضوء بفعل الزجاج بينما يمر عبره، وهو الأمر الذي كان الناس يعتقدون في صحته حتى مجيء نيوتن. اشتملت تلك التجارب على وضع مناشير زجاجية بعضها بالقرب من بعض بحيث تكون جوانبها المسطحة موازية بعضها لبعض، مع وجود فرجة بسيطة بينها، ولاحظ نيوتن ظاهرة مثيرة للفضول. لقد لاحظ أن شعاعا من الضوء (والذي يمكن أن نراه الآن باعتباره دفقا من الفوتونات) يمر عبر أحد جوانب المنشور المثلثي بزاوية معينة، وحين يصل إلى الجانب الآخر من المنشور، فإنه ينعكس بدلا من أن يخرج من الزجاج ببساطة، ثم يبرز من الجانب الثالث للمنشور المثلث الشكل. ولهذا الانعكاس الداخلي الكثير من أوجه الاستفادة العملية في أشياء كالمجهر الثنائي العينين ومنظار الأفق، لكن ما يهم هنا هو أن الجانب الثاني من المنشور في هذه الظروف يعد حاجزا منيعا ترتد عنه الفوتونات. لكن ليس الحال هكذا دائما! فقد كان الاكتشاف المذهل الذي أتى عليه نيوتن أنه لو كان ثمة منشور آخر بجوار السطح العاكس ومحاذيا له مع وجود فرجة ضئيلة بينهما، فإن بعضا من الضوء يمر إلى المنشور الثاني ويستمر في طريقه. وقد وضعه ذلك في حيرة شديدة.

4

وبعد ثلاثمائة عام، أصبح واضحا أن الفوتونات في هذه الظروف تشق نفقا عبر الفرجة من أحد المنشورين إلى الآخر. وبما أن العبور النفقي عملية لحظية، فهذا يعني أن الضوء «يسافر» عبر الفرجة بأسرع من الضوء. وهذا هو ما قاسته التجارب في واقع الأمر في تسعينيات القرن الماضي.

Bog aan la aqoon